层叠薄膜及其波形周线控制表面传导电子发射源制作方法

摘要

本发明公开了一种层叠薄膜及其波形周线控制表面传导电子发射源制作方法。该方法采用UV套印光刻、磁控溅射以及薄膜剥离等工艺技术，在玻璃基底上制备带有面内波形边界薄膜的电子发射源阵列。上下薄膜间距通过绝缘层薄膜控制在10～200nm之间，上下薄膜间施加电压实现薄膜间的周线上产生电子遂穿效应，薄膜周线的波形结构可以提高发射源周长，增加电子发射量。

权利要求

1.层叠薄膜及其波形周线控制表面传导电子发射源制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用普通光刻、溅射和剥离工艺制备金属纵向信号总线，金属纵向信号总线制备在普通玻璃上；

(2)在金属纵向信号总线上，采用套印光刻将电子发射源阵列图形化定位，然后通过溅射和剥离工艺制备电子发射源下发射薄膜；

(3)在电子发射源下发射薄膜之上，再次套印光刻将带有矩形波纹边界的发射间隙层和电子发射源上发射薄膜图形化定位；再通过溅射和剥离工艺制备电子发射源上下发射薄膜之间的间隙绝缘层和电子发射源上发射薄膜；

(4)在纵横总线交错的位置采用丝网印刷技术制备绝缘层；

(5)采用丝网印刷将同一行中的电子发射源上发射薄膜用一根银胶串联起来形成横总线，即得表面传导电子发射源。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属纵向信号总线材料是Cu或Pt或Ag或Al。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电子发射源上下发射薄膜是Pd或Zn薄膜，Pd或Zn薄膜厚度在50～300nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，间隙绝缘层是SiO2薄膜，SiO2薄膜厚度为

10～200nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电子发射源上发射薄膜波形边界是矩形、锯齿形或其它提高有效边长的曲线波纹结构。

说明书

层叠薄膜及其波形周线控制表面传导电子发射源制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种表面传导电子发射技术，可用于平板显示器电子发射源、太阳能电池异质结、及传感器电子束源等。特别涉及一种表面传导电子发射平板显示器件案例的电子源发射源制作方法。

背景技术

[0002] 表面传导电子发射是前苏联科学家在20世纪60年代初发现的，属平面型的薄膜场发射，但发射不稳定，无法应用于显示，所以20世纪70年代以后，很少有人再进行该项研究。

[0003] 美国专门从事纳米材料和场发射技术研究与开发的SI Diamond Technology公司于1992年最早提出SED(Surface-conduction Electron-emitter Display)器件的原理及完整结构，阴极材料为金属和介质的混合材料，并认为表面电子传导过程是电子在金属和介质交界面之间的跳跃传导。

[0004] 佳能公司于20世纪80年代启动了表面传导电子发射的研究，通过一系列工艺得到比较稳定的发射，并在特开平8-321254号公报中公开了常规表面传导电子发射电子源的结构、制作方法。

[0005] 具体工艺步骤如下：

[0006] 首先，在基板上形成一对电极。

[0007] 接着，形成连接电极之间的导电性膜。

[0008] 然后，在电极之间加电压，通过所谓的“形成工序”在导电性膜的一部分上形成第II间隙。

[0009] 最后，在碳化合物气氛中，在上述电极之间加电压，通过“激活工序”在第II间隙内的基板上及其附近的导电性膜上形成碳薄膜，从而形成表面传导电子发射电子源。

[0010] 在以上常规的制作方法中，形成电子发射区的“形成工序”是通过向导电薄膜施加电压而进行的。所加电压产生的Joule热(焦尔热)使导电薄膜部分地改变性质和变形而形成纳米间隙。然而该方法存在以下两个问题：

[0011] (1)电子发射区的位置与形状控制的问题

[0012] 导电薄膜的加电形成第II间隙的位置依赖于各种因素，如果导电薄膜是均匀的，而且器件电极具有良好的对称性，则可认为恰会在两个电极的中央形成第II间隙。但实际上，导电薄膜的不均匀和电极形状的不对称导致了间隙形成的位置和形状的不一致。当电子发射区缝隙弯曲程度较大时，它所发射的电子束的直径扩大，会在图像形成装置的荧光膜上产生大的亮光点。这样，弯曲电子发射区的电子束会部分地辐照在相邻的像素上，使显示图像的质量严重地劣化。

[0013] (2)由于大的形成电流所引起的导线电流容量的问题

[0014] “形成工序”需要的形成电流比电子发射源正常工作时的电流大得多。特别是当制作大量电子源阵列时，“形成工序”要在多个电子发射区上同时进行，因而要求导线具有耐受所加电流的电流容量。但是一旦“形成工序”完成，正常工作中实际所需要的电流容量很小。因而如果能够消除电流容量的差别或是避开“形成工序”，就可以使导线的设计宽度变窄并增加装置设计中的自由度。

[0015] 为了解决上述问题，专利95117375.8提出了一种具有不同膜厚的一对器件电极和沿着较厚的器件电极的边沿形成电子发射区的技术。专利03106605.4通过图形化导电薄膜来控制裂纹形成的位置。特开平2-297940公开了一种在制作电子发射区的位置设置一台阶形成部件，并沿着台阶形成电子发射区的技术。特开平7-325279提出了一种用激光束照射导部分电薄膜，改变该部分导电薄膜的组分使其电阻增大，并通过“形成工序”将其变成电子发射区的技术。

[0016] 如上所述，在制作电子发射区的工艺中控制电子发射区的位置和外形的方法。所有这些方法都是为了改变电子发射源的部分导电薄膜，通过特殊的技术如用激光束、或使用特珠的设计结构来控制裂纹的位置和形状，然而都不可能避开“形成工序”，而且裂纹的一致性并不理想。

发明内容

[0017] 本发明的目的在于提供一种层叠薄膜及其波形周线控制表面传导电子发射源制作方法，可用于平板显示器电子发射源、太阳能电池异质结、及传感器电子束源等的制作方法，寻求与现有显示器件制备工艺兼容、简单、快速、且低成本的制造工艺方法。

[0018] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

[0019] 一种表面传导电子发射平板显示器件的电子发射源制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0020] (1)采用普通光刻、溅射和剥离工艺制备金属纵向信号总线；

[0021] (2)在金属纵向信号总线之上，采用套印光刻将电子发射源阵列图形化定位；然后通过溅射和剥离工艺制备电子发射源下发射薄膜；

[0022] (3)在电子发射源下发射薄膜之上，再次套印光刻将带有矩形波纹边界的发射间隙层和电子发射源上发射薄膜图形化定位；再通过溅射和剥离工艺制备电子发射源上下发射薄膜之间的间隙绝缘层和电子发射源上发射薄膜；

[0023] (4)在纵横总线交错的位置采用丝网印刷技术制备绝缘层；

[0024] (5)采用丝网印刷将同一行中的电子发射源上发射薄膜用一根银胶串联起来形成横总线。

[0025] 本发明的进一步特点在于：

[0026] 所述金属纵向信号总线材料可以是Cu、Pt、Ag、Al等导电性能优良的材料。

[0027] 所述的溅射制备Pd薄膜的厚度控制在50～300nm。

[0028] 所述的溅射制备SiO2薄膜的的厚度为10～200nm。

[0029] 所述的电子发射源上发射薄膜波形边界特征可以是矩形、锯齿形或其它可以提高有效边长的曲线波纹结构。

[0030] 本发明采用成熟的制膜工艺，通过精确控制膜厚保证上下电极之间纳米级间距的一致性，解决由传统表面传导电子发射膜间纳米狭缝的加工的不均匀性和不可靠性，以及由此所带来的电子发射效率低，均匀性差等缺点。同时上发射薄膜采用矩形波纹边界有利于提高电子发射区域有效发射周长，从而提高电子发射量。

[0031] 此外，本发明摒弃了传统表面传导电子发射源采用焦耳热集中烧制纳米狭缝的工艺方法，使行电极和列电极的设计载流量大幅降低，给电路设计提供更大的自由度。

附图说明

[0032] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

[0033] 图1是本发明一个电子发射器件平面示意图，其中图1(a)为俯视图；图1(b)为A-A方向截面图；图1(c)为B-B方向截面图。

[0034] 图2将EPG533光刻胶匀胶到玻璃基底上的示意图，其中图2(a)为俯视图；图2(b)为A-A方向截面图。

[0035] 图3光刻定位纵向信号总线，其中图3(a)为俯视图；图3(b)为A-A方向截面图。

[0036] 图4溅射信号总线金属薄膜，其中图4(a)为俯视图；图4(b)为A-A方向截面图。

[0037] 图5剥离形成纵向信号总线，其中图5(a)为俯视图；图5(b)为A-A方向截面图。

[0038] 图6套印光刻定位SED像素点，其中图6(a)为俯视图；图6(b)为A-A方向截面图。

[0039] 图7溅射下发射金属薄膜(Pd)，其中图7(a)为俯视图；图7(b)为A-A方向截面图。

[0040] 图8剥离形成下发射金属薄膜，其中图8(a)为俯视图；图8(b)为A-A方向截面图。

[0041] 图9再次套印光刻定位SED像素点的电子发射间隙层和上发射薄膜，其中图9(a)为俯视图；图9(b)为A-A方向截面图。

[0042] 图10溅射电子发射间隙层(SiO2)和上发射薄膜(Pd)，其中图10(a)为俯视图；图10(b)为A-A方向截面图。

[0043] 图11剥离形成电子发射间隙层(SiO2)和上发射薄膜(Pd)，其中图11(a)为俯视图；图11(b)为A-A方向截面图。

[0044] 图12丝网印刷技术制备绝缘层，其中图12(a)为俯视图；图12(b)为A-A方向截面图。

[0045] 图13丝网印刷制备横总线，其中图13(a)为俯视图；图13(b)为A-A方向截面图。

[0046] 图14常规电子发射器件的截面示意图。

具体实施方式

[0047] 参照图1、2所示，参照图2所示，匀胶，将EPG533光刻胶滴在玻璃基底上，并在匀胶机上将光刻胶甩匀，匀胶参数如下：一级转速300r/min，二级转速300r/min，一级匀胶时间30s，二级匀胶时间60s，匀胶膜厚为2um左右；

[0048] 参照图3所示，光刻，线宽为100um间距为300um的纵向线条整列通过UV光刻使玻璃基底上的光刻胶图形化；

[0049] 参照图4、图5所示，溅射与剥离，通过溅射得到厚度为100nm左右的金属薄膜，而后采用剥离工艺将光刻胶上的金属薄膜剥离形成纵向信号总线；

[0050] 参照图6所示，采用套印光刻将尺寸为200um×200um，间距为200um的SED像素点阵列图形化定位在纵向总线之上；

[0051] 参照图7、图8所示通过溅射和剥离工艺制备下发射薄膜Pd(200nm)；

[0052] 参照图9所示，再次套印光刻将带有矩形波纹边界的发射间隙层和上发射薄膜图形化定位在下发射薄膜之上；

[0053] 参照图10、图11所示通过溅射和剥离工艺制备发射间隙层(SiO2，10～200nm)和上发射薄膜Pd(200nm)；

[0054] 参照图12所示，在纵横总线交错的位置采用丝网印刷技术制备绝缘层；

[0055] 参照图13所示，采用丝网印刷将同一行中的上电极用一根银胶串联起来形成横总线；

[0056] 尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。